Guide complet sur l'énergie solaire photovoltaïque

Introduction à l'énergie solaire

Les systèmes de production traditionnels d'électricité posent un problème tel qu'il est nécessaire pour la société de tenter de développer d'autres sources d'énergie.

Concernant l'hydraulique, l'effet de serre et les changements climatiques sont prépondérants, et les sécheresses sont de plus en plus longues.

Le combustible des centrales fossiles est une ressource limitée dans le temps.

Les centrales nucléaires font face au problème de l'élimination des déchets, en plus du risque d'un accident nucléaire.

Des moyens d'exploiter le soleil

Les méthodes indirectes : l'énergie du soleil est utilisée pour chauffer un fluide et le transformer en vapeur afin de produire de l'électricité par le mouvement d'un alternateur.

Les méthodes directes : la lumière du soleil est convertie directement en électricité par des cellules solaires et diverses applications.

Classification des installations photovoltaïques

Applications autonomes (Stand-alone)

Elles sont utilisées dans des lieux sans raccordement au réseau. On y trouve :

Applications spatiales : utilisées pour fournir de l'énergie aux éléments basés dans l'espace.

Applications terrestres professionnelles :

• Télécommunications
• Électrification des zones rurales et éloignées
• Signalisation
• Éclairage des rues
• Pompage de l'eau
• Réseaux VSAT
• Télémétrie
• D'autres applications

Applications raccordées au réseau

Le producteur n'utilise pas directement l'énergie, mais celle-ci est vendue à l'organisme responsable de la gestion de l'énergie du pays.

Exploitations solaires et parcs photovoltaïques : enceintes dans lesquelles se concentrent un certain nombre de systèmes photovoltaïques avec des propriétés différentes pour vendre l'électricité à la compagnie d'électricité avec laquelle un contrat a été établi.

Le PV intégré aux bâtiments (BIPV) représente l'une des dernières applications développées pour l'utilisation du photovoltaïque.

Éléments d'une installation photovoltaïque (ISF)

Le module photovoltaïque est l'élément essentiel qui transforme l'énergie du soleil en électricité (courant continu). Il est formé par l'union de différents panneaux pour fournir à l'installation la puissance nécessaire.

Le régulateur de charge assure le lien entre les panneaux solaires et les éléments de consommation de l'installation. Il est également responsable de la protection contre les surcharges de la batterie et fournit une tension continue à la sortie pour l'installation. Il règle la valeur de la tension nominale de fonctionnement de l'installation.

La batterie, présente uniquement dans les installations autonomes, fournit de l'énergie pendant les périodes sans soleil ou lorsqu'il n'y a pas assez d'énergie lumineuse pour le bâtiment construit.

L'onduleur (Inverter) convertit le courant continu (DC) en courant alternatif (AC) pour les dispositifs qui fonctionnent avec du courant alternatif.

La cellule solaire photovoltaïque

L'élément principal de toute installation génératrice d'énergie solaire est la cellule solaire. Une cellule solaire se comporte comme une diode.

Principaux paramètres de la cellule solaire

Courant d'éclairage : courant généré lorsque le rayonnement solaire est incident sur la cellule.

Courant d'obscurité (Dark current) : dû à la recombinaison des paires électron-trou se produisant dans les semi-conducteurs.

Tension en circuit ouvert : tension maximale obtenue aux bornes de la cellule solaire lorsqu'elle n'est pas connectée à une charge.

Courant de court-circuit : valeur maximale du courant qui peut traverser la cellule solaire lorsqu'elle est court-circuitée.

Le panneau solaire

Il est constitué d'un ensemble de cellules et présente les caractéristiques suivantes :

• Support : doit fournir la rigidité structurelle nécessaire pour installer le module.
• Câbles de connexion : relient le panneau via une boîte située à l'arrière.
• Vitre de protection : sert à protéger les cellules solaires contre les phénomènes atmosphériques.
• Cadre de montage : permet l'installation sur un support donné.
• Encapsulation : protège le module des intempéries, ainsi que les cellules et les connexions contre les vibrations potentielles.
• Interconnexion : les cellules sont reliées entre elles en série ou en parallèle.

Types de cellules solaires

Monocristallin : rendement de 15-18% (jusqu'à 24%). Elles ont un bleu uniforme. Les cellules sont découpées dans un lingot de silicium pur fondu et dopé au bore.

Polycristallin : rendement de 12-14% (jusqu'à 19-20%). La surface est structurée avec des nuances de bleu. Similaire au monocristallin, mais avec moins d'étapes de cristallisation.

Amorphe : rendement inférieur à 10% (jusqu'à 16%). Couleur uniforme (brun) sans liens visibles entre les cellules. Avantage : déposé en couche mince sur un substrat comme le verre ou le plastique.

Puissance et raccordement des cellules

Pour le raccordement électrique des cellules, nous pouvons trouver différentes possibilités :

La connexion en série : la mise en série des cellules permet d'augmenter la tension finale aux bornes de l'ensemble.